高耐蚀耐磨非晶纳米晶复合涂层在水轮机转轮上的应用

均 含 砂 量 为 ２９ ｋ ／ ． ｇ ．多 年 平 均输 砂 量 ９ ＿ ｔ ２ ｍ １３万 ，
烧 高速 燃气 喷涂技 术 （ — Ａ ＡＣ ＨＶ Ｆ）是 一 种 用 于
在金属 表面沉积金 属合金 和烧结碳 化物 的工艺 ， 涂 层 材 料 以预合 金 或 合 成 粉 末 形 式 喂 给 喷枪 ， 压 缩 空 气 和 燃 气 （ 烷 ，丙 烯 或 ＭＡ Ｐ气 体 ） 丙 Ｐ 在喷枪 中燃烧 产 生高 速燃 烧 产物 气 流 ，粉 末 在
料 ， 由低 碳 钢 转 轮 改 为 镍 铬 不 锈 铸 钢 叶 片 转 轮 ；
１ 号机组进行 。紫荆关 一级水 电站位 于跨流域 引
水 的 紫荆 关 “ 五一 ” 引水 渠 道 上 。 “ 五一 ” 引水 渠 是 将 拒 马 河 水 引 入 建 在 中 易水 河 上游 的安 格 庄 水 库 ，渠 首 建 一 座 橡 胶 坝 ，在 春 、夏 、秋 三 季 为
熔 化以及高的 冲击速度 ，使 Ａ — Ｖ Ｆ涂层 沉积 ＣＨ Ａ
工 艺 显 示 出 与 众 不 同 的 特 性 ，涂 层 材 料 在 飞 行 过 程 中 的 氧化 很 少 ，涂 层 中 的 氧 含 量 也 相应 地 非 常少 。 这 种技 术 所 得 到 的涂 层 非 常 致 密 ，通 常 没
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有金 相可见孔 隙 ，涂层孔隙率一般都在 １ ％以下 。
２ 转 轮 涂 层 抗 磨 蚀 试 验 方 法
应 用 高 耐蚀 耐 磨 非 晶 纳 米 晶 复 合 涂 层 保 护 水 轮机 转 轮 的抗 磨 蚀 试 验选 择 在 紫荆 关 一 级水 电 站
衬辉绿岩铸 石 ，增加 固定部件的抗磨蚀能力 ；采 用 金属喷焊技术 ，对水轮机转轮背水边和活动 导 水 叶表 面进行 保 护 ；采购 备 用转 轮更 换 母 体材
总第 ７ 期 第７ ８ 期
２ １ 年７ ０ １ 月
中 国水 能 及 电 气 化
Ｃ ＮＡ Ｗ ＡＴ Ｒ ０Ｗ Ｅ ＆ Ｅ Ｅ ＴＲ Ｆ Ｃ Ｉ ＨＩ Ｅ Ｐ Ｒ Ｌ Ｃ Ｉ Ｉ ＡＴ ＯＮ
Ｔ０ＴＥＬ ．８ ＮＯ７
Ｊ １，２ １ ｕ． ０ １
高耐蚀耐磨 非ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ纳米 晶复合涂层 在水轮机转轮上 的应用
多 为 推 移 质 ，颗 粒 粗 ，粒 径 ｄ ＝ｍｍ，大 部 分 为 如ｌ
石英 。硬度大 ，磨损力强 。近年来 天旱 少雨 ，引
用 水 流 量 小 。影 响 渠 道 沉 沙 池 及 各 电 站 沉 沙 池 的 排 沙 效 果 ，造 成 汛 期 过 机 泥 沙 量 大 ，加 上 各
米） ，这就使涂 层 的结 合强度 大 幅提 高 。材料 不
研究 与探讨
分 别 被 国务 院批 准 列 为 全 国水 电 农 村 电 气 化 县 。 截 止 目前 易 县 农 村 小 水 电 运 行 电 站 ９座 ，总 装 机 容 量 ２ ８ ０ Ｗ ．设 计 年 发 电 量 １ ５２万 ｋ ， ９ ６ｋ １５ Ｗｈ 水轮机 ２ ５台 ，有 混 流 式 水 轮 机 也 有 冲击 式 水 轮 机 ．有 立 轴 布 置 也 有 卧 轴 布 置 。既 有 引 水 式 电 站 也 有 坝 后 式 电 站 ，其 中 ７座 引 水 式 电 站 都 分 布 于 拒 马 河 流 域 。 拒 马 河 河 水 含 沙 量 大 ，年 平
级 电气 化 县 ， “ 五 ” 和 “ 一 五 ” 期 间 易 县 又 十 十
势 西 高东低 ，流 域 面积 ２０平方 公里 以上 的河 ０ 流有 五 条 ，特 别 是 西部 山 区落 差 大 ，水 流 急 ，
收稿 日期 ：２ １ － ５ Ｏ ０ １０一 １
作 者 简 介 ：胡 江 （９９ ）男 ，高级 工程 师 ， 要 从 事 水 力 发 电运 行 管 理 工 作 。Ｅ ｍ ｉｈ ｙＯ０ ＠１ ６ ｏ １６一 ， 主 — ａｌ ｂｘ ９ ９ ２ ． ｎ ： ｃ
关键 词 ：水轮 机 ：新型抗 磨 材料
Ａｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｐｌ ｔｏ ｆ Ａｍ ｏ ｐｈ ｕ ｍ ｐｏ ｉｅ ｃ ｒ ｏ ｓ Ｃｏ ｓｔ Ｃｏ ｔｎ ｆ Ｈｉ ｈ ａ ｉ ｇ ｏ ｇ Ｃｏ ｒ ｓｏ ｎｄ ｒ ｏ ｉｎ ａ
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２ ．Ｙ ｘ ａ ａ ｇｏ ｇ Ｈｙ ｒｐ ｗｅ ｔ ｉ ｎ ｉ ｉｎ Ｗ ｎ ｌｎ ｄ ｏ ｏ ｒ Ｓ ａ ｏ ，Ｙｉｉｎ ０ ４ ０ ｔ ｘａ ７ ２ ０， Ｃ ｉ ａ ｈｎ ；
３ Ｃ ｒ ｓ ｎ ａｄ Ｐｏ ｃｉ ｅ ｔ ｆ Ｕ ｉ ｒｔ ｃｅｃ ｎ ｅｈｏｏｙ Ｂ ｒｎ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ． ｏｒ ｉ ｎ ｒｔ ｔ ｎ Ｃ ｎｅ ｏ ｎｖ ｓ ｙｏ Ｓ ｉ ｅ ａｄ Ｔｃｎｌ ｅ ｉｇ ｅ ｉ １０ ８ ，Ｃ ｉ ｏｏ ｅ ｏ ｒ ｅｉ ｆ ｎ ｇ ｊｇ ａ
ｔｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｅ ｉｔｄ ｎ ｈ ｔ ｅ ｉ， ｐ ｏ ｉ ｉ ｇ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｆ ｒ ｈ ａ ｔ — ｏ ｒ ｓｏ ｗｏ ｋ ｆ ｔ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｒ ｌ ｅ ｉ ｔ ｅ ｈ ｓｓ ｒ ｖｄ ｎ ｎ ｗ ｐ ｒ ａ ｈ ｏ ｔ ｅ ｎ ｉ ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｓ ｒ ｏ ｈ ｗ ｔｒ ｔ ｒ ｉ ｅ ｉ ｙ ｒ ｐ ｗｅ ｔｔ ｎ ｗｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ． ａ ｅ ｕ ｂ ｎ ｎ ｈ ｄ ｏ ｏ ｒ ｓａ ｉ ｔ ｍａ ｙ ｓ ｄ ｍｅ ｔ ｏ ｈ
胡 江 ， 刘文举 ， 昊 ， 拴 周 樊自
（ ． 北 易 县 水利 局 ，易 县 ０ ４ ０ ；２河 北 易 县 旺 隆水 电站 ，易 县 ０４ ０ ； １ 河 ７２０ ． ７ ２ ０ ３ ．北 京 科 技 大 学腐 蚀 与 防 护 中 心 ，北 京 １０ ８ ） ００ ３
泥 沙 含 量 大 ，１号 机 组 转 轮 相 对 其 他 两 台 机 组 磨
并 进行 了抗磨蚀 试验 。
１ 非 晶纳 米 晶复 合 涂 层 简介
非 晶纳米 晶复合 涂层是一种高耐磨 、耐 腐蚀
的 新 型 涂 层 。利 用 材 料 表 面 纳 米 化 提 高 材 料 的
蚀更严重。紫荆关一级水 电站水轮机参数见表 １ 。
对 已经磨损的转 轮 ，修 复后采用全 国水机磨蚀试 验 研 究 中心 的非 金 属抗 磨 蚀 保 护 涂 层 ；此 外 ， 还 采 用过 加装 扰 流板 、加 高尾 水 水位 等 抗磨 蚀 方 法 。２ １ ０ ０年 ．我们 又 引进 一项 新 技术—— 北 京 科 技大 学材 料科 学 与工 程学 院的高 耐 蚀 耐磨
ｔｓｅ ｏ ｔ ｗｈ ｅｓ ｏ ｔ ｗａｅ ｔ ｒ ｎｅ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ａ ｔ ｇ ｓ ａ ｄ ｄ ｓ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｏ ｓ ｃ ｅ ｔ ｄ ｎ ｈｅ ｅ ｌ ｆ ｈｅ ｔ ｒ ｕ ｂｉ ， ｎ ｈ ｄｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｉａ ａ ｔｇ ｓ ｆ ｕ ｈ
易 县 地 处 太 行 山脉 北 端 东 麓 ，河 北 省 中西 部 ，地 域 广 阔 ，全 县 总 面 积 ２ ３ ５４平 方 公 里 ，地
形 成 了 丰 富 的 水 电 资 源 ，全 县 水 能 资 源 理 论 蕴 藏 量 为 ３． ０６ ４万 ｋ ， 可 开 发 量 为 ２ － Ｗ ３３万 ｋ 。 Ｗ １９ ９ ５年 易 县 通 过 国 家 验 收 成 为 河 北 省 唯 一 的 初
Ｈ — ｉ ｇ Ｉ ｎ ｊ Ｚ Ｕ Ｈ ｏ Ａ ｉｓｕ ｎ Ｕ Ｊ ｎ Ｕ Ｗｅ －ｕ， ＨＯ — ａ ａ ，Ｌ ，Ｆ Ｎ Ｚ－ ｈ ａ 。
（ ．Ｙｉｉｎ １ ｘａ Ｗａｅ ｏ ｓｒａｉｎ Ｂｕｅ ｕ ｘａ ７ ２ ０，Ｃ ｉａ ｔｒ Ｃ ｎｅｖ ｏ ｒａ ，Ｙｉｉｎ ０ ４ ０ ｔ ｈｎ ；
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｗａ ｅ ｕ ｂ ｎ ；ｎ ｗ ｗｅ ｒ ｒ ｓｓａ ｔ ｄｓ ｔｒ ｔ ｒ ｉ ｅ ｅ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｍａ ｅ ａ ｔｒ ｌ ｉ
中 图分类 号 ：Ｔ ４ Ｖ７
文 献标识 码 ：Ｂ
文章 编号 ：１ ７ — ２ １２ １ ）７ ０ ４ — ４ ６ ３ ８ ４ （０ ０ — ０ ４ ０ １
将 已经 运 行 ２年 的 备 用 转 轮 （ 图 １ 进 行 如 ） 补 焊 修 型 后 安 装 在 １号 机 组 上 。 由 于 紫 荆 关 一 级 水 电 站 为 径 流 引 水 式 电 站 ，水 轮 机 的 水 头 、
摘
问题 ． 电 站 水 轮 机 泥 沙 磨 蚀 问 要 ：紫荆 关梯 级 水 电站存 在 差 、 杂物 多 、泥 沙含 量 大等 水质
题 严重 。 采 用新型 高耐蚀 耐磨 非 晶纳米 晶 复合 涂层 材料 ．对 紫荆 一 级 水 电 站 水 轮 机 转 轮 进 行 关
抗 磨 蚀 试 验 ．针 对 试 验 结 果 指 出 了 此 种 抗 磨 蚀 技 术 的 优 缺 点 ， 为 多泥 沙 水 电站 的水 轮机 过 流 部 件 抗 磨 蚀 工 作 提 供 了新 的 途 径 。
非 晶 纳 米 晶 复 合 涂 层 技 术 。应 用 于 水 轮 机 转 轮
无坝 引水 ，冬季用橡胶 坝蓄水 ，以防止 冰凌阻水
影 响发 电。 “ 一”引水 渠长 ８ ｋ 五 ． ｍ，设 计 最 大 ５
引水 能力 ２ ｍ ／ ，总落差 ３ ４ ５３ ｓ ５ｍ，规划 分六 级 开 发 ，已投入运行 的电站有 ５ ，紫荆关一级水 电 座 站 为梯级 的第 一级 ．水 质条件 最恶劣 ，杂物 多 、
这 个 气 流 中 只 被 加 热 到 其 熔 点 下 １０ ２ ０Ｃ 被 ０ ～ ０ ￣而 加 速 到 非 常 高 的 速 度 ，通 常 在 ７ ０ ８ ０ ／ 范 ０ ～ ０ ｓ的 ｍ
围 内 ．这 些粉 末 粒子 冲击 到 工件 表 面 ，使 喷 涂
粒 子 发 生 变 形 而 形 成 涂 层 ，同 时 工 件 的 表 面 也 会 发 生 微 观 上 的 变 形 （ 响 深 度 一 般 为 几 个 微 影
电站 水 轮机 组 吸 出高 程均 为＋ ｓ Ｈ ．即均 为 正值 ， 形成 空 蚀 、磨 损 联合 作 用 ，而各 电站水 轮 机均
按 清 水 河 流 条 件 设 计 ，机 组 转 速 高 。因 此 加 剧 了水 轮 机 过 流 部 件 的磨 蚀 破 坏 。 为 了解 决 上 述 问题 ，多 年 来 我 们 引 进 并 应 用 了多 种 抗 磨 蚀 技 术 ，例 如 ：在 卧 式 水 轮 机 顶 盖 镶